[發明專利]一種高效氣液反應釜及其在環氧乙烷和二氧化碳酯化反應中的應用

有效

• 申請號: 201610711166.3
• 申請日: 2016-08-24
• 公開（公告）號: CN106268588B
• 公開（公告）日: 2017-12-26
• 發明（設計）人: 譚亞南;潘相米;程牧曦;吳硯會;鄭敏;王華
• 申請（專利權）人: 西南化工研究設計院有限公司
• 主分類號: B01J19/18
• 分類號: B01J19/18;B01J4/00;B01J4/02;C07D317/38
• 代理公司: 成都九鼎天元知識產權代理有限公司51214
• 代理人: 呂玲

技術領域

本發明屬于化學工程領域，涉及化學工程領域的一種強放熱化學反應釜，具體為一種高效氣液反應釜及其在環氧乙烷和二氧化碳酯化反應中的應用。

背景技術

碳酸乙烯酯（EC）是一種優良的高沸點、高極性溶劑和表面活性劑原料，也可作為添加劑廣泛應用于鋰電池電解液中、纖維整理劑等,人們還陸續開展了以EC為原料合成高附加值的產品，其用途十分廣泛。隨著能源危機日趨嚴峻，全球氣候變暖的加劇，對CO₂的研究成了熱門課題。CO₂與環氧乙烷（EO）合成EC的反應，將CO₂作為制備有機化工產品的基礎原料，具有雙重的意義，該工藝是一條環境友好且原子經濟的工藝路線，對發展碳一化學也具有重要意義。同時EC水解可獲得乙二醇（EG），與甲醇酯交換可獲得碳酸二甲酯（DMC）和EG，該技術市場前景十分廣闊。

自上世紀60年代以來，人們一直致力于高性能的EO酯化催化劑的研究，近年來，已有大量的均相催化劑（如季銨鹽、季磷鹽和離子液體）被開發出來，并顯示出較好的催化活性。但是由于該反應為放熱反應，且反應溫升較明顯，放熱量遠遠高于反應自身所需熱量，易造成反應飛溫使得產品EC及其下游產品EG和DMC的產品質量受到影響，飛溫后也會造成催化劑迅速分解而失去活性。目前此類反應釜的典型結構如圖1所示，由反應釜體、攪拌裝置和進出料口組成，氣液相物料分別從反應釜的上部（1和2）進入反應釜，氣相物料從反應器頂部出料，液相物料從反應釜底部排除，攪拌軸上部無攪拌葉片，反應釜內部未安裝折流板，反應器外壁未安裝散熱翅片。普通反應釜的結構存在若干缺點：（1）氣液兩相物料在反應釜內混合效果較差，易形成濃度梯度，甚至會造成局部反應劇烈生成副產品或影響產品質量；（2）由于攪拌葉片的形狀和位置，從宏觀來看物料主要出于攪拌軸旋轉運動，導致各物料在反應中停留時間長短不一，易發生副反應或原料反應不完全；（3）對于強放熱反應，該普通反應釜不易控制反應溫度均一，缺少合理的移熱措施或附件。

發明內容

本發明的目的在于針對現有普通反應釜存在的以上技術問題，提供一種高效氣液反應釜，該反應釜可以保證各物料更好的混合效果，有效快速降低氣液兩相反應物料在反應釜的濃度梯度，同時提升反應移熱效果，避免發生飛溫現象，保證了催化劑較長的使用壽命和產品質量。

本申請的另外一個發明目的是提供以上所述高效氣液反應釜在環氧乙烷和二氧化碳酯化反應中的應用。

本發明目的通過下述技術方案來實現：

一種高效氣液反應釜，該反應釜包括攪拌裝置、折流板、散熱翅片和液相進料噴嘴。其反應釜的材質選自金屬、金屬合金(如鋯、鉬或鈦等合金)或碳化硅材質，所說的反應釜優選不銹鋼材質。

該高效氣液反應釜包含1個以上的氣相物料進口和1個以上的液相物料進口，物料進口管道材質選用金屬、金屬合金(如鋯、鉬或鈦等合金)或碳化硅材質，優選不銹鋼材質，同時該反應釜進出口管道均配有流量計和控制閥門。該反應釜的頂部設置液相原料進料口、氣相原料進料口和氣相尾氣排出口，底部設置液相產品排出口，在反應釜內設置攪拌裝置，在反應釜內壁設置折流板，在反應釜外壁設置散熱翅片，在反應釜底部設置液相進料噴嘴。

所述的攪拌裝置包括電機、攪拌軸和攪拌葉片，攪拌葉片包括螺旋式葉片和長條形葉片，攪拌葉片設置在攪拌軸上，且攪拌軸和攪拌葉片一體成型，材質均選用金屬、金屬合金(如鋯、鉬或鈦等合金)或碳化硅材質，優選不銹鋼材質。在攪拌軸的頂端，即在反應釜的頂部設置電機。

該裝置還包括液相原料進料閥、新鮮氣相原料進料閥、氣相尾氣排空閥、液相產品出口閥和循環氣控制總閥，其中液相原料進料閥的一端與液相原料進料流量計相連接，另外一端與液相原料進料口相連接；新鮮氣相原料進料閥的一端與新鮮氣相原料進料流量計相連接，另外一端與氣相原料進料口相連接；氣相尾氣排空閥的一端與氣相尾氣管道相連接，另外一端與氣相尾氣流量計相連接；液相產品出口閥的一端與液相產品出口流量計相連接，另外一端與液相產品排出管道和液相產品排出口相連接；循環氣控制總閥的一端與循環氣流量計相連接，另外一端與循環氣管道相連接；循環氣管道和氣相原料進料管道相連接。

該裝置還包括放空閥和循環氣控制總閥，循環氣控制總閥的出口與氣相物料進口連通，放空閥出口與放空管線連通。

該裝置還包括監測混合氣體溫度和壓力的熱電偶和壓力表，熱電偶和壓力表均設置在該反應釜的頂部。

該高效氣液反應釜為金屬材質、金屬合金材質或搪瓷材質，優選不銹鋼材質。